Introducción a la Acústica y la Psico 1a, Cap. 1 Generalidades

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l a Ps ic oac úst i c a

General idades

Ing. Francisco Ruffa 1



l blatón, 400 años antes de Cristo, escribía:

“El sonido es un soplo que pasa a través deq plos oídos y es transmitido por medio del aireque se encuentra en el interior del cerebro aue se encuentra en el interior del cerebro, ala sangre y al alma; la audición es la vibraciónde este s plid que c mienza en la cabeza ye este soplido que comienza en la cabeza y

culmina en la región del hígado”.na n a g n d h gad




“Aprender acústica puede requerir una vida”

In memoriam del Ing. Federico Malvarez




Leo Beranek en su libro “Acoustics” dice:

“El sonido es un disturbio que se propaga a través de un medio elástico,causando una alteración de la presión o un desplazamiento de partículas que

instrumentos específicos”.

Implícitamente menciona que existe una vibración mecánica.

Una onda senoidal o sinusoide, es la forma más simple de representaraque os mov m en os comunes que se presen an a menu o en anaturaleza.

Estos movimientos son llamados vibraciones u oscilaciones.




El sonido se propaga en todo medio elástico capaz de vibrar, sea éste,sólido lí uido o aseoso.

Las partículas de aire novia an, sólo se mueven un ocoalrededor de su posición deequilibrio.

La forma en que sepropagan, su velocidad y

atenuación, dependerán de lascaracterísticas físicas delmedio.

Las ondas sonoras que

viajan en el aire, son del tipo, ,desplazan en las mismadirección que el movimiento


.



Compresión y Rarefacción




En Electrónica, Acústica o Mecánica, existen varios términos asociados a losmovimientos alternativos y a la onda sinusoidal en particular.

En general las definimos por sus magnitudes de espacio y tiempo.

Espacio:

mp u co a co.

Pico.

a ores y rome o.

Tiempo:

.

Fase (ϕ).

Frecuencia (f).

Longitud de onda (λ).




recuenc a er o o




Lon itud de onda




• Ondas sonoras unidimensionales• Ondas sonoras bidimensionales

•




Ondas sonoras

Estas poseen un llamado “frente de onda” definido como aquel plano,

desplazamiento de partículas y cambios de densidad instantáneos

tienen la misma fase y amplitud.

Si el frente de onda mantiene constante su superficie y energía a medidaque se propaga en el tiempo y en el espacio, la onda será plana.

Si por el contrario, mantiene la energía a medida que se propaga en eltiempo y en el espacio pero diverge (no mantiene constante lasu erficie la onda será esférica.

Una consecuencia directa de esto es la atenuación de la amplitud de la

resión la intensidad sonora a medida ue el o ente se ale a de lafuente.




Ambos tipos de onda se modelan con la misma ecuación de onda, pero

y en las esféricas las variables serán tres (desplazamiento espacial).

mucho de la fuente, momento en que la presión instantánea estará enfase (o casi) con la velocidad instantánea de las partículas.




Campo Sonoro

El campo sonoro generado, tiene tres formas de onda posibles:

Campo esférico: Originado por una

fuente puntual que radia en todas.

Campo cilíndrico: Originado por unanea e uentes puntua es.

Campo plano: Originado por una

fuente lana.




El sonido en el espacio libre

• La intensidad del sonido decrece a medida que aumenta la distancia a lafuente.

• Al aire libre, sin la influencia de objetos cercanos, el sonido generado porla fuente se propaga uniformemente en todas las direcciones.

• La misma potencia sonora fluye a través de las áreas A1, A2, A3 y A4, perosus superficies crecen a medida que crece el cuadrado del radio r.

Esto significa que la potencia sonora porunidad de área (intensidad) decrece según el

.

Doblando la distancia reducimos laintensidad a 1/4 del valor inicial y triplicándola,la reducimos a 1/9.




La ley del cuadrado inverso establece que “La intensidad del sonido al airelibre es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia desde la

fuente”.

Esta ley, que provee la base para estimar el nivel sonoro en muchascircunstancias prácticas, será discutida más adelante.




Ondas Complejas

Las formas de onda del habla yde la música se alejan de laforma senoidal.

• Sin embargo, sin importar cuan,reducida a componentessenoidales.

• La teoría dice que cualquieronda periódica, puedeconformarse a partir de lacombinación (suma) de ondassenoidales de diferentes

frecuencias, amplitudes yre ac ones e empo ase .

• El desarrollo de esta idea se


.



Características de una onda compleja:

Componentes sinusoidales

Amplitud

Fase

Longitud de onda

Frecuencia




,destacamos: A) Una superficie vibrante (membrana) en un medio elástico (aire).B) Campanas; C) Un tambor; D) Un cono de altavoz; E) Una cuerda vibrante con

su caja; F) Un tubo abierto o cerrado.

Llamamos membrana a un material razonablemente rígido, delgado y liviano que.

fundamental, generan armónicos ligeramente corridos de la misma.




1

una semionda completa y los armónicos,ondas completas (f2 y f3).

La frecuencia a la que vibra la cuerda esfunción de la tensión a la que está sometida.

Los instrumentos de viento consisten,básicamente, en un tubo abierto o cerrado conuna abertura que, por su particular posición,genera tur u enc a.

longitud de onda, habrá un máximo de presión.

Se presenta entonces un fenómeno de "modulación" del aire congeneración de armónicos de 2f, 3f, etc.




Octavas

Subjetivamente, al ser humano le agrada las relaciones armónicas, dadoue "suenan bien" al oído.

musical y que guarda relación con las características del oído.

Es un intervalo natural que el oído percibe como una determinadarelación de frecuencias.

En acústica, esto se aprovecha para realizar mediciones de ruido,




Presión sonora

Definimos a la presión sonora instantánea (pt) como: “La variación de lapresión barométrica o estática del aire, causada por una onda sonora”.

• La resión sonora eficaz será: “El valor cuadrático medio de lapresión sonora instantánea, integrada sobre un número entero deperíodos”.

• Estas variaciones de presión pueden ser enormes.

• La intensidad del sonido más fuerte y dolorosa que el oído puede tolerar

es cien billones de veces mayor que la del sonido menos intenso(100.000.000.000.000 : 1), considerando que este último (1) es el nivel demínima percepción auditiva.




El decibel y la presión sonora

Ante lo poco práctico de usar diferencias de magnitudes tan grandes,deberemos utilizar un sistema de medición que simplifique esto, por loque se recurre a a esca a e nom re a o en onor a exan erGraham Bell), de progresión logarítmica.

Si aplicamos la escala Bel a la medición de la intensidad del sonido,tendremos que 1014 (notación científica correspondiente a 100 billones)

cien billones de veces el umbral de mínima percepción (0 dB).

Ello también quiere decir que si se aumenta 10 dB la intensidad de unsonido, éste aumenta 10 veces; pero si en cambio se aumenta 20 dB, el

1000 veces.


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